Моделирование динамических параметров плотины Токтогульской ГЭС при индуцированной сейсмичности

• Автор: Довгань, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Бишкек
• Количество страниц: 138 с. : ил.

I. Моделирование закономерностей деформирования бетона
1.1. Физические основы деформации бетона
1.2. Модели деформационного поведения бетона
1.3. Механическое уравнение состояния
1.4. Об эволюции параметра повреждаемости
1.5. Конкретизация кинетического уравнения
1.6. Ползучесть массивных бетонных тел
1.7. О ползучести при сложном напряженно-деформированном состоянии
1.8. Анализ напряженно-деформированного состояния плотины
П. Экспериментальное исследование геомеханических параметров плотины Токтогульского гидроузла
2.1. Система сейсмомониторинга плотины Токтогульской ГЭС
2.2. Изготовление, монтаж и настройка системы сейсмомониторинга
2.3. Постановка задачи определения динамических воздействий на плотину Токтогульского гидроузла
2.4. Анализ динамических воздействий
III. Динамическое моделирование кинематических закономерностей поведения массивных бетонных тел
3.1. Устойчивость динамических систем и хаос
3.2. Фурье-анализ и амплитудно-частотные характеристики
3.3. Нелинейная динамическая модель плотины Токтогульского гидроузла
IV. Прогнозирование приращений перемещений массивных бетонных тел
4.1. Постановка задачи
4.2. Алгоритм численной реализации способа прогнозирования
4.3. Пофрагментарное прогнозирование по приращениям горизонтальных
перемещений
Выводы
Список литературы

Для возведения гравитационных плотин массивного типа требуется значительный расход бетона. Но при определенных условиях створа и полной механизации укладки наиболее перспективной можно считать именно бетонную плотину. Доказательством может служить немалое число высоких плотин такого типа, построенных в разных странах, в том числе в районах высокой сейсмической активности.
Интенсификация масштабов инженерной деятельности человека способствует активизации сейсмических воздействий, наиболее часто имеющей место в окрестности водохранилищ, примыкающих к сооружениям гидростанций. Природа техногенной сейсмичности требует серьезного изучения, поскольку известны случаи, когда индуцированные землетрясения привели к разрушению конструкций, плотин и стали причиной человеческих жертв [1,2].
Зависимость индуцированных землетрясений от режима крупных водохранилищ при ГЭС является актуальнейшей проблемой. В США существуют национальные программы, в рамках которых занимаются указанной проблемой - Геологическая служба, Национальная океаническая служба, отдел водных ресурсов штата Калифорния и другие государственные службы.
В бывшем СССР [1,2] усиление сейсмической активности обусловилось возведением крупных гидроузлов и водохранилищ -Токтогульского, Нурекского и некоторых других. Естественным откликом на отмеченное явление становится необходимость организации и проведения систематических наблюдений за поведением сооружений вблизи водохранилищ в условиях индуцированной сейсмичности. Результаты указанных наблюдений, кроме выводов о состоянии сооружения, должны быть использованы и при проектировании и строительстве плотин и других ответственных инженерных конструкций.

Исследования последних десятилетий были посвящены вопросам упругой податливости плотин при определении сейсмического давления воды на напорную грань, а также совершенствованию методов определения частот и форм собственных колебаний для перехода на расчеты по спектральному методу линейной динамической теории сейсмостойкости.
В процессе расчета бетонной гравитационной плотины на сейсмическое воздействие можно выделить следующие задачи:
-определение сейсмических нагрузок от инерционных сил и от сейсмического давления воды на напорную грань;
- проверка устойчивости плотины на сдвиг по основанию;
- проверка прочности тела плотины.
Все перечисленные задачи решаются в предположении действия сейсмической инерционной нагрузки как вдоль, так и поперек каньона, включая вертикальное направление.
Не останавливаясь подробно на анализе приведенных задач, укажем, что учет сейсмического фактора при конструировании плотин заключается в повышении известных требований, которые обычно предъявляются к конструкциям гравитационных бетонных плотин [3, 4, 5].
При этом особое внимание уделяется:
- подготовке основания для повышения устойчивости плотины на сдвиг, включающей снятие выветренного слоя скалы, тщательную очистку поверхности основания перед бетонированием плотины; ступенчатую обработку сопряжения подошвы с основанием и цементацию последнего через слой уложенного бетона;
- мерам конструктивного и технологического характера, предотвращающих неблагоприятное влияние на прочность плотины температурных и усадочных усилий, в соответствие которым требуется правильное конструирование и тщательное заполнение швов и охлаждение бетона в процессе твердения, причем, как известно, швы превносят

уравнения теории наследственной упругости
ах=^{лв + 2 Сех ); ау = ^~(лв + 2 Сеу);
(1.8.6)
Здесь <тх, ау, Тух - компоненты тензора напряжений; ех, £у, уху - компоненты тензора деформаций; в - объемная деформация; /у,, Ру - проекции объемных сил на направления координатных осей ; р - плотность материала; Хи, Уи -проекции поверхностных напряжений; /, т - направляющие косинусы нормали к поверхности тела; £*,£*, Л*ху- компоненты тензора вынужденных деформаций.
Полагаем, что исследованию подвергается тело, состоящее из нескольких объемных фрагментов (рис. 2.13а). Для каждого из этих фрагментов считаем известными дискретные значения горизонтальных и вертикальных перемещений. Представим последние приращениями перемещений, малость которых отвечает возрасту тела плотины Токтогульского гидроузла. Считаем, что этим приращениям соответствуют приращения деформаций и напряжений. В связи со сказанным, в том числе с учетом длительности эксплуатации плотины, система уравнений (1.8.1). ..(1.8.6) в приращениях запишется следующим образом.
Пусть приращения перемещений есть
Ди = Аи (х, у, (); Дт = Ду (х, у, ().
Далее:
- дифференциальные уравнения движения
(1.8.7)
ЭЛ с, дАт ху р2ди
—-+—-=р— дх ду д12
дАтху адо- а2Ду
—л^+^=р—г;
дх ду д/2
(1.8.8)
- кинематические соотношения